بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق با استفاده از مدل آزمایشگاهی تاثیر شیب وجه بالادست سرریز لبهپهن با مقطع طولی ذوزنقه بر ضریب دبی و نمودار دبی-اشل مورد بررسی قرار گرفت. در مجموع 4 شیب برای وجه بالادست سرریز در نظر گرفته شد و نتایج آنها با حالتی که وجه بالادست قائم بود مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با ملایم شدن شیب وجه بالادست از حالت قائم به حالتی که زاویه شیب آن 21 درجه میباشد، مقدار ضریب دبی به میزان 10/28 درصد افزایش یافت. همچنین تجزیه و تحلیل نمودار دبی-اشل سرریز نشان داد که با افزایش بار آبی روی سرریز، تاثیر شیب بر روی افزایش دبی بیشتر میشود.
-1 مقدمه
طبق تعریف هر مانعی که در مسیر جریان قرار گیرد و باعث شود تا آب در پشت آن بالا آمده و بر سرعت جریان ضمن عبور از روی آن افزوده شود، سرریز نامیده میشود.[1] در میان انواع سرریزها، دو سرریز لبهپهن مستطیلی - به علت بالا بودن استحکام آن - و سرریز کرامپ - به علت بالا بودن حد استغراق و همچنین بالا بودن ضریب دبی - مورد توجه بیشتری قرار دارند. در این تحقیق با ترکیب دو سازه فوق جهت استفاده بهینه از مشخصات هریک از سازهها و پوشش معایب یک سازه با ترکیب آن با سازه دیگر، سرریز جدیدی از نظر هیدرولیکی مورد بررسی قرار داده شد.
سرریز مورد نظر استحکام بیشتری نسبت به سرریز کرامپ و راندمان بیشتری نسبت به سرریز لبهپهن مستطیلی داشت. مشخصههای جریان روی سرریزهای لبهپهن مورد بررسی زیادی قرار گرفت فریتز و هاگر جریان عبوری از روی سرریزهای لبهپهن با مقطع طولی ذوزنقهای را در دو حالت جریان آزاد و مستغرق مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که با افزایش طول تاج سرریز حد استغراق افزایش یافته و ضریب دبی سرریز کاهش مییابد.[5] آنها دبی عبوری از روی این سرریزها را به صورت زیر تعریف کردند:
که در آن Cd ضریب دبی سرریز، B عرض سرریز، g شتاب ثقل و H0 بار کل آب روی سرریز میباشد. آنها همچنین شکل - 1 - را برای مقایسه ضریب دبی بین سرریز با مقطع طولی ذوزنقهای و سرریز مستطیلی استاندارد با وجوه قائم ارائه کردند و اظهار داشتند که ضریب دبی در سرریز مستطیلی استاندارد در حدود 10 تا 15 درصد کمتر از سرریز با مقطع طولی ذوزنقهای میباشد.
شکل-1 مقایسه ضریب دبی در سرریز لبهپهن مستطیلی استاندارد با سرریز با مقطع طولی ذوزنقه
این شکل بیانگر تغییرات ضریب دبی بر اساس طول نسبی تاج سرریز یعنی ضریب دبی سرریزهای با مقطع طولی ذوزنقهای ارائه نمودند:
سارجیسون و پرسی با تحقیق بیشتر روی سرریزهای لبهپهن با مقطع طولی ذوزنقهای، به این نتیجه رسیدند که شیب وجه بالادست نیز بر ضریب دبی سرریز تاثیر دارد.[6] آنها رابطهی فریتز و هاگر را به صورت رابطه - - 3 اصلاح کردند. زاویه شیب وجه بالادست بر حسب رادیان بوده و طول نسبی تاج میباشد.
در تحقیق حاضر تاثیر شیب وجه بالادست سرریز با مقطع طولی ذوزنقه بر ضریب دبی و نمودار دبی-اشل مورد بررسی قرار گرفت.
-2 مواد و روشها
-1-2 مشخصات آزمایشها
آزمایشها در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز انجام شد. تجهیزات مورد استفاده در آزمایشها عبارتند از: سیستم تامین آب که شامل یک پمپ بود که آب را از مخزن اصلی به مخزن هوایی پمپاژ میکرد، فلوم آزمایشگاهی به طول 10 متر، عرض 25 سانتیمتر و ارتفاع 50 سانتیمتر از جنس فلز با دیوارههای شیشهای، سیستم اندازهگیری جریان که یک سرریز مثلثی بود که در انتهای فلوم تعبیه شده بود، سرریزهای با مقطع طولی ذوزنقه که از جنس پلیاتیلن بوده و عرض و ارتفاع همه آنها 25سانتیمتر و طول تاج آنها 50 سانتیمتر انتخاب گردید.
سرریزها از سه قسمت مجزا تشکیل شدهاند: قسمت مرکزی به شکل یک مکعب مستطیل و وجوه بالادست و پاییندست که بصورت منشور مثلث ساخته شده بودند. در مجموع 4 شیب 21، 40، 54 و 74 درجه برای وجه بالادست در نظر گرفته شد و نتایج آنها با حالتی که وجه بالادست قائم بود مورد مقایسه قرار گرفت. شیب وجه پاییندست در همه آزمایشها ثابت و برابر با 54 درجه بود. هدف از این تحقیق بررسی شیب وجه بالادست سرریز لبهپهن با مقطع طولی ذوزنقه روی ضریب دبی و نمودار دبی-اشل میباشد.
شکل-2 تصویر شماتیک سیستم گردش آب در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تبریز
شکل-3 بالا بترتیب از راست به چپ: مخزن هوایی، فلوم، سرریز سنجش دبی پایین: مدل سرریز با مقطع طولی ذوزنقه قبل و بعد از نصب در فلوم
-2-2 روش انجام آزمایشها
پس از نصب مدل در محل مورد نظر و انجام عملیات تراز و آببندی، پمپ را روشن کرده و به آرامی شیر کنترل دبی را که بعد از پمپ قرار دارد باز نموده و بعد از ایجاد جریان یکنواخت در فلوم، عمق آب در بالادست سرریز در سطح مورد نطر ثابت نگه داشته شد و میزان دبی عبوری اندازهگیری شد. محدوده دبی در این آزمایشها بین 3 تا 20 لیتر در ثانیه متغیر بود.
-3-2 تحلیل ابعادی
شکل 4 وضعیت جریان را هنگام عبور از روی سرریز با مقطع طولی ذوزنقه نشان میدهد. عوامل موثر بر محاسبه جریان در این سرریزها شامل: H0 بار کل، g شتاب ثقل، جرم مخصوص آب، ʽ لزجت دینامیکی، کشش سطحی، L طول سرریز در جهت جریان، B عرض سرریز، Z ارتفاع سرریز، زاویه شیب وجه بالادست سرریز و زاویه شیب وجه پاییندست سرریز میباشند. مطابق تئوری باکینگهام داریم:
شکل-4 پارامترهای هندسی سرریز با مقطع طولی ذوزنقه و وضعیت جریان هنگام عبور از روی آن
